Kemi
Hur är en atom uppbyggd
En atom består av elektroner, protoner och elektroner som tillsammans kallas elementarpartiklar. I atomens kärna finns protoner och elektroner. Protoner är positivt laddade och neutroner är neutrala och brukar tillsammans kallas nukleoner.
Neutroner är oladdade och kan egentligen ändra en atoms massa (vikt). Neutroners andra uppgift är att hålla kärnan ihop, detta på grund av att kärnas olika protoner vill ju stöta ifrån varandra, neutroner lägger sig då mellan protonerna för att hålla dem samman. Ju tyngre ett grundämne blir desto mer neutroner behövs för att hålla samman kärnan.
En atom kan också bestå av olika antal protoner eller elektroner, men ett grundämne är alltid oladdat och består då alltså alltid av samma antal protoner och elektroner. Men dessa grundämnen kan också innehålla olika antal neutroner som gör då att det skapas isotoper utav atomen. Isotoper är då olika varianter av atomkärnor.
Runt atomkärnan finns elektroner, dessa elektroner svävar runt på olika bestämda avstånd ifrån atomkärnan som vi brukar dela upp i olika elektronskal. Ju längre ifrån ett elektronskal en elektron befinner sig desto mer energi har den. De atomer som finns i det yttersta skalet kallas Valencia elektroner. Dessa elektronskal brukar betecknas med bokstäver. Det innersta heter K-skalet, sedan L- skalet, M-skalet och så vidare i alfabetisk ordning. Atomens kärna hålls sammas med något som kallas Gluoner som är en kraftbärande partikel som kallas "den starka växelverkan".
Hur avger atomer energi?
När en atom mottar energi "knuffas" en elektron ut till ett elektronskal med större energinivå, atomen exciteras och blir då mer energirik. När sedan elektronen hoppar tillbaka till sin ursprungliga energinivå avges energi i form av ljus. Ljustest energi bestäms hur långt elektroner faller, om den faller mellan två elektronskal långt ifrån varandra är det högre energi än om den hade fallit mellan två elektronskal som låg nära varandra. En atomsort kan bara sända ut ett visst typ av ljus eftersom elektronerna hoppar bara mellan vissa bestämda elektronskal.
Hur blir en atom en jon?
Om en atom mottar tillräckligt med energi som kan den "knuffas iväg" med sån stor kraft att den lämnar atomen helt. Kvar blir då en positiv laddning, eftersom det finns mer protoner än elektroner. En laddad atomen blir då en jon. Den energi som krävs för att skicka ut en elektron helt ur en atom kallas joniseringsenergi.
Vad menas med masstal?
En proton och neutron väger ungefär lika mycket och deras vikt brukar betecknas som 1u. På grund av att elektroner väger mycket mindre än protoner och neutroner så är det oftast nukleonerna (protoner och neutroner) som påverkar en atoms massa. Man brukar då säga att summan av protoner och neutroner i en atom blir masstalet. Man kan då ungefär räkna ut en atoms vikt genom att kolla på masstalet, om en atom har masstalet 12 väger atomen ungefär 12u.
Vad menas med atomnummer?
Alla atomer i ett grundämne har alltid samma protoner och antalet protoner brukar då kallas atomnummer. Protonerna är det som avslöjar en atoms egenskaper.
På grund av att Isotoperna av ett grundämne innehåller olika antal neutroner och alltid samma antal protoner kan endast masstalet i grundämnet bildas och inte atomnumret. Man kan då enkelt räkna ut hur många neutroner isotopen har. Kol tillexempel har atomnummer 6 och masstal 12. Dess olika isotoper har masstalet 13 och 14, som gör att dem innehåller respektive 7 och 8 neutroner.
Hur är periodiska systemet uppbyggt?
Det periodiska systemet går efter antalet protoner ett grund ämne har, alltså atomnumret. Den delas sedan upp i huvudgrupper och perioder.
Huvudgrupperna står över det periodiska systemet och det finns huvud grupp 1-2, och 13-18. Det är entalet på huvudgruppens nummer man går efter. Huvudgrupper beskriver hur många valenselektroner grundämnet har, (med undantag av helium). Valenselektron är den eller de elektroner som finns i det yttersta skalet. Huvudgrupp nummer 1 har 1 valenselektron och huvudgrupp nummer 18 har 8 valenselektron (med undantag av helium.) Grundämnen som finns i samma huvudgrupp brukar oftast ha liknande egenskaper.
Perioder är det som står till vänster om systemet, som är numrerat mellan talen 1-7. Perioderna avslöjar hur många skal grundämnets atomer har. Period nummer 1 har 1 skal och period nummer 7 har 7 skal.
Men det finns också undergrupper (övergångselement). Dessa grundämnen har huvudgrupps nummer 3-12. Dessa grupper har oftast 1 till 2 valenselektroner.
Periodiska systemet är också uppdelade i metall, halvmetall och icke metall och dem brukar vara färgade efter vilken grupp dem tillhör. Metaller är ämnen som leder värme och elektricitet bra. Dem kan oftast böjas utan att brista och har en glänsande yta. Ickemetaller saknar helt eller delvis dessa egenskaper. Dem grundämnen som både kan uppträda som metall och ickemetall kallas halvmetaller.
Hur brukar olika aggreationsformer vara markerade?
Det periodiska systemet brukar även visa vilken aggregationsform grundämnena har vid rumstemperatur. Grundämnen som kommer i gasform brukar betecknas tex, röda, Vätskor med lila och fast form med svart text.
Hur är elektronerna födelade i skalen?
Elektronerna brukar oftast förhålla sig på det sätt så att atomen får den lägsta energin som möjligt, det vill säga så nära kärnan som möjligt. Men om en atom består utav flera elektroner måste elektronerna befinna sig på olika energinivåer eftersom varje energinivå har bara begränsat med utrymme. Varje skal har plats med 2n^2 elektroner då n=ordningstalet på skalet (k-skalet= nummer 1 osv.) Man kan lätt läsa av hur många elektroner varje grundämnes atom innehåller på grund av att atomen har lika många protoner som elektroner, man kan då bara läsa på atomnumret för at avslöja hur många elektroner atomen innehåller.
K-skalet får plats med 2 elektroner sedan så går det över till L-skalet som får plats med max 8 elektroner. M-skalet fylls sedan på med 8 elektroner, sedan så fylls N skalet upp med 2 elektroner. Men sedan så hoppar elektronerna tillbaka till M-skalet och fyller på ned ytligare 10 innan den hoppar tillbaka till N-skalet igen och fyller på med 30 till. Anledningen till detta är att det finns undernivåer i de olika skalen och på grund av att undernivåerna sträcker sig över varandra gör det att elektronerna hoppar fram och tillbaka eftersom dem vill hålla sig så nära kärnan som möjligt.
Vad är valenselektroner och avrför är dessa viktiga?
Valenselektroner är de elektroner som befinner sig på det yttersta skalet ifrån atomkärnan. Anledningen till att just dessa elektroner är viktigast är för att dem är de första elektronerna som används i samband med kemiska reaktioner. Anledningen till detta är för att ju längre ifrån en negativt laddad elektron befinner sig ifrån den positivt laddade protonkärnan desto svagare är dragningskraften.
När det sker en kemisk reaktion så blir kärnan opåverkad utan det som händer är att atomer utbyter elektroner med varandra och förenar sig kring gemensamma elektroner. Eftersom atomkärnan inte påverkas så behåller varje atom sin grundämnesidentitet (atomnumret ändras inte) vid en kemisk reaktion.
När vi ska studera hur grundämnen reagerar och binds i olika kemiska formler kan vi göra det genom att använda oss av elektronformler. Dem går ut på att man omger de kemiska tecken med prickar eller kryss. Antalet prickar eller kryss motsvarar antalet valenselektroner.
Vad är ädelgaser och varför uppstår dem inte ofta i kemiska reaktioner?
De grundämnen som finns i huvudgrupp nummer 18 har placerat ut sina elektroner så att den totala energinivå är extra låg, med andra ord att dem är "nöjda med tillvaron" och helst inte reagerar med andra ämnen. Dessa ämnen som inte är så reaktionsbenägna brukar kallas ädla och eftersom alla dessa ämnen i grupp 18 är gaser kallas dem ädelgaser. Eftersom ädelgaser sällan deltar i kemiska reaktioner hittar man dem som rena grundämnen i naturen. Även helium är vid ett stabilt tillstånd även fast den inte innehåller 8 valenselektroner.
Vad gör andra olika huvudgrupper för att uppnå ädelgasstruktur?
Man kan då säga att alla andra grundämnen strävar efter ädelgasstruktur. Dem tar och lånar av varandra tills de får samma valenselektroner (oftast 8 stycken) och denna regel brukar kallas oktettregeln.
Grundämnen som tillhör huvudgrupp 1 och 2 uppnår ädelgasstruktur genom att avge sina elektroner. Dessa gruppers benägenhet att reagera med andra ämnen ökar då vi går neråt i gruppen eftersom valenselektronen sitter "lösare" då eftersom attraktionskraften har kat eftersom elektronerna beffiner sig på en energinivå längre ifrån kärnan.
Grupp nummer 17 behöver däremot uppta elektroner för att uppnå ädelgasstruktur men här så minskar grundämnets reaktionsvilja ju högre periodnummer.
Vad är radioaktiva isotoper?
Alla grundämnen med ett atomnummer högre än 83 är instabila atomkärnor. Det innebär att atomkärnorna har en chans att falla sönder för att bilda nya mindre atomer. I samband med att dessa sönderfaller utsöndras joniserande strålning och atomerna som sönderfaller är radioaktiva. Vid radioaktiva sönderfall bildas tre olika typer av joniserande strålning som kallas alfastrålning, betastrålning och gammastrålning.
Hur uppstår alfa och gamma strålning?
Om man tar tillexempel uran som har atomnummer 92 och masstal 238. Uran består utav 92 protoner och 146 neutroner. Ur uranets kärna så lossnar plötsligt en bit av kärnan och far iväg med stor hastighet. Denna lösbrutna del består av 2 neutroner och två protoner och bildar då ämnet helium. När heliumkärnan bildas på detta sätt så blir den en partikel som utsöndrar alfastrålning. Alfa strålning är den svagaste strålningen och går att stoppa med endast ett papper. Kvar av uranatomen finns det bara kvar en atom med atomnummer 90. Detta grundämne är torium (Th). Samtidigt som uranet klyvs till torium och a-partikeln helium bildas så utsöndras gammastrålning. Denna typ av strålning är mycket starkare och kan endast stoppas av bly eller tjock betong.
Hur uppstår betastrålning?
Betastrålning sker när mindre radioaktiva atomer sönderfaller. En atom utsöndrar en neutron och omvandlas då till en elektron och en proton. Protonen stannar kvar i kärnan och elektronen sänds iväg. Det gör att det skapas en ny atom med större atomnummer men samma masstal. Anledningen till att det just är en neutron som lämnar atomen är på grund av att den väger lite mer än en proton. Betastrålning kan stoppas av glas eller tjocka skyddskläder.
Vad är aggreationsformer?
Ett ämne kan vara i antingen fast form, vätska eller gasform. Dessa olika tillstånd kallas aggreationsform. Det syftar på att ämnets olika beståndsdelar är olika tätt sammanhållna vid de olika tillstånden.
Vad bestämmer ett ämets aggreationstillstånd?
Det är oftast temperatur som avgör ämnets aggreationsform, temperatur är ett mått på hur fort beståndsdelarna rör sig.
Vad händer när ett ämne möter en lägre temperatur?
När det är låg temperatur är värmerörelsen liten och bindningarna starka. Då förekommer ämnet i fast form.
Vad händer med ett ämne när temperaturen höjs?
Om temperaturen ökar minskar sammanhållningarna och beståndsdelarna börjar glida omkring och byta plats och övergår till flytande form (vätska).
Vad händer när ett ämne möter en karftig ökad tempertur?
Om temperaturen höjs ytligare bryts bindningar och beståndsdelarna rör sig fritt, alltså gasform.